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高鐵如何穩穩飛行
轉眼間，今年已是高速動車組參與春運的第5個年頭，憑借著強大的運能和無與倫比的速度體驗，高鐵與動車逐步成為瞭春運盤子中的一顆重要落子。“今年春運期間，廣東高速動車組提供的運力將達日均32萬人次。”廣鐵方面表示，高速動車組的旅客發送量已遠超鐵路春運發送量的1/4，而隨著高鐵、快速鐵路的逐步成網，這些“陸上飛機”扮演的角色也越來越重要，從更深層次改變著春運的格局，改變著旅客的出行習慣。看著一列列高鐵與動車在身邊不停穿梭，人們不禁高呼“高鐵時代”已經到來。這些時速高達200公裡甚至380公裡的“鐵龍”究竟是如何在沖擊高速的同時保持安全性的？這個命題雖說已討論良久，但是在高速動車組大行其道的今天，仍然有著巨大的現實意義。1火車跑得快全靠“電網”帶高鐵線路兩側林立的桿塔是為高鐵動車組提供動力源(600405,股吧)的牽引供電系統，高速動車組每節車廂都有電動機，動力較傳統火車強大很多從研制時速160公裡列車到引進國外先進技術設計制造時速200公裡動車組，再到自主研制時速300公裡動車組，走過瞭整個技術路徑的南車青島四方機車車輛股份有限公司（以下簡稱“南車四方”）在解讀高速動車組技術方面頗有發言權。該公司研制的和諧號CRH380A型高速動車組曾在2010年12月3日，於京滬高鐵棗莊至蚌埠段上進行試運行階段時，跑出瞭驚人的486.1公裡/小時的速度，創造瞭鐵路運營試驗的最高速度。當被問起CRH380A型高速動車組為何能跑這麼快時，不少技術人員卻一時之間難以回答全面。“這是一個非常龐大的技術系統，先說說動力系統吧。”一位工程師向記者表示，俗話說“火車跑得快，全靠車頭帶”，這裡所說的“車頭”就是指“機車”，由它帶著車廂走。而現在的高速動車組，每節車廂都有電動機，動力就更強大瞭，這才有瞭跑出更快速度的可能。高速動車組在運行過程中是如何獲得如此強大的推動力？技術人員表示，乘坐高鐵時一般都能看到高鐵線路兩側林立的桿塔，電網依托桿塔交織，這其實就是為高鐵動車組提供動力源的牽引供電系統。“在動車組高速運行時，列車與鐵路設備會有"三點"接觸，下部兩個輪子與兩根鋼軌滾動接觸，上部受電弓與接觸網導線摩擦接觸，動車組就是通過受電弓從架設在線路上方的接觸網導線上獲得電能，一路跑一路"充電"。”技術人員打瞭個比方，具體到CRH380A車型來說，“為保持380公裡的時速，設計人員采用瞭雙受電弓的方式來牽引動車高速前行。如果說以前隻有一匹馬來拉車，現在則是兩匹馬瞭。”不過，要實現這一效果並沒有想象中那麼簡單，如何解決“弓網關系”就是其中一大難題，毫不誇張地說，這堪稱是高鐵工程建設中的核心技術之一。動車組在每秒近100米高速運行狀態下，列車受電弓與接觸網導線必須始終保持順滑密貼接觸，一旦弓網瞬間分離，列車就會失去動力，同時在弓網之間出現閃弧火花，局部產生的高溫將損傷導線和動車上的受電弓，甚至會燒斷導線。這個後果不堪設想。“弓網關系”關系如此重要，高速接觸網導線由此被稱為“高鐵皇冠上的明珠”。高鐵對接觸網導線性能有極高的要求：既要有足夠的強度，又要有很高的導電率。但在金屬材料學中，強度和導電率恰恰是一對二律背反的矛盾—強度越高，導電性越差；導電性越高，強度越差。2006年之前，國內還沒有一傢企業能夠自主生產這種高強高導接觸網導線。在即將出版的《中國速度：高鐵發展之路》一書中，作者就描述瞭這樣一個故事，中鐵電氣化局系統集成事業部總經理董安平，為瞭克服這一技術難題，不斷率領創新團隊進行攻關，“直到在一次技術交流活動中，他們與浙江大學金屬材料研究所所長孟亮教授相遇。孟教授說，中國航天領域用過一種類似性能新材料。電化設計院總工程師王立天迅速飛往浙江，在孟教授的實驗室看到一小塊樣品。"就是它！"為瞭安裝好這顆“明珠”，建設者也必須一絲不茍：京滬高鐵數千錨段總計4033公裡導線，架設後經測量儀實測，每米平直度均達到瞭O.03-O.05毫米以內，比發絲還細，其精確度創造瞭中國乃至世界第一。2“頭腳”並用高速列車安枕無憂車頭設計采用流線型，降低瞭空氣阻力，並可抑制氣動升力；此外，通信系統與信號系統是列車安全運行的“大腦”和“神經控制中樞”如此高速運行的高鐵列車是如何保障安全的？這牽扯到整個系統的方方面面。“我們必須從車身設計上開始考慮。頭型設計不僅僅是為瞭美觀，更是為瞭列車能夠安全、節能、環保地運行。”南車四方CRH380A總設計師梁建英向記者表示：“在時速達到300公裡以上時，列車的運行阻力有90%以上都是由空氣對列車作用產生。要想降低空氣阻力，首先就必須為列車設計一個合適的頭型。”CRH380A頭型的設計靈感來源於長征火箭，這種設計充分利用瞭流線型，降低瞭空氣阻力。實驗數據也證明，該頭型的氣動阻力比以前的車輛降低瞭15.4%，“這也與安全密切相關，列車高速運行過程中必須充分考慮尾部車升力的問題，不然速度一上去，整個車就會像風箏一樣飛起來。為此，我們在車頭設計中加入瞭導流槽，使氣流有一個向下的適當的引流過程，可以很好地抑制氣動的升力，導流槽使空氣壓力把車體向下壓，從而幫助車體牢牢"抓"住鐵軌。”車輛結構也是影響高速動車組安全的重要因素。北車集團長春軌道客車公司副總工程師常振臣就表示，車輛結構安全的核心在於轉向架，轉向架就像動車的腿，引導動車沿著軌道運行，並減緩車輛運行中帶來的震動和沖擊，“轉向架設在車身底部，"負責"把火車車廂和鐵軌連接起來，整個轉向架由車輪、減震、傳動、制動裝置等組成。一節車廂自身重量約25噸，在高速運行中，轉向架要承載住列車的所有重量。假如這條腿出現問題，那麼列車運行安全也會出問題。”當動車組高速運行時，轉向架上軸承的局部溫度會不斷升高，溫度過高會導致“抱死”，就會出現車毀人亡的慘劇，“在車輪軸承、電機軸承、齒輪箱軸承上都有溫度傳感器，一旦超溫，車輛控制系統就自動限速。”除此之外，通信系統與信號系統也同樣重要，作為指揮列車安全、高效、有序運行的“大腦”和“神經控制中樞”，這兩大系統被喻為“千裡眼”與“順風耳”。如今，隨著信息技術的廣泛應用，高速鐵路的通信信號特別是其列車運行控制系統，已基本實現瞭數字化、網絡化、智能化和通信信號一體化，成為指揮控制列車運行的精密“大腦”。“京滬高鐵線路上運行的高鐵列車就采用瞭目前世界上最先進的CTC-3級列控系統。”中國北車(601299,股吧)某設計師告訴記者，當一列高速行駛的動車組列車快速通過車站時，列車上GSM-R終端設備ATP實時向地面控制中心RBC發送列車位置、速度等信息，地面的控制中心RBC迅速把相關信息傳遞給下一列開來的列車，下一列列車對前方列車運行情況瞭如指掌，從而確保安全運行。車上的終端設備ATP載有特殊的接收裝備，列車通過時下面線路的固定信息由安置在軌道邊的電路和應答器傳遞給車上的ATP，車上設備據此進行安全操作。如果連續2個應答器沒有應答，列車則自動停車。這個高級智能化“大腦”可以讓列車“該走的時候走，該停的時候停”，並對列車實行連續不間斷速度監督，實現超速防護。科學答疑“紅眼動車”檢修需4步驟3.5小時今年春運期間，在2013年春運節前高峰時啟用的“紅眼動車”重出江湖，再次成為緩解運力不足的主力。這一次，廣鐵將安排京廣高鐵、廣深港高鐵、廣珠城際鐵路、廣深城際鐵路在春運最高峰的夜間開行動車組44列。對於夜晚開行的高速運行動車組來說，其維護與檢修步驟是否與“白班”列車不同？對此，技術人員表示，“紅眼動車”的維護、檢修與“白班”運行高鐵並沒有什麼不同，隻是增加瞭一部分工作量而已。日前，記者走進位於番禺區沙灣鎮的廣州動車段廣州南動車運用所（以下簡稱“廣州南所”），跟隨工程師們觀察瞭動車檢修的全過程。在調度室裡，記者看到十餘名工作人員正緊盯著墻上7個大屏幕，不時發出相關指令。屏幕裡能監控到檢修車間內各個檢修部位的動態。調度室的一位工作人員向記者介紹，動車組檢修都有“規定動作”，包括有電預檢、無電作業、有電作業和庫內聯檢。除此之外，電務部門、通信部門、保潔單位等也要完成各自相關工作，“在正常情況下，庫內檢修一列車需耗時約3.5小時。”按規定，高鐵列車每跑完4000公裡或48小時內，必須要進行一次檢修。日常高鐵白天運行，大多隻能選擇晚上檢修。與日常列車的維護不同，“紅眼動車”的維護、檢修隻能選擇在白天，一般是9時到17時之間進行，“當然，我們為此也增加瞭差不多100人，比平時多瞭15%到20%。”隨後，記者進入檢修車間，每條檢修道上都停著待檢的“和諧號”列車。一列車正在進行無電作業，兩名地面機械師拿著手電筒鉆進瞭車底，檢查列車走行部。據機械師介紹，他們檢查走動部像中醫診斷一樣有“四字訣”—“看聽聞摸”。看，是用眼睛看零件、線路的外觀是否破損、錯位；聽，是用耳朵聽異音、異響；聞，是用鼻子聞異味、糊味；摸，是用手摸零件和線路有沒有松動，設備的溫度是否正常。庫內聯檢則是檢修的最後一個步驟，質檢員會組織檢驗人員一起對車內質量進行聯檢，確保列車達到最佳狀態。等全部檢查完成後，調度室最後發佈指令，該列車才能開出檢修車間。行業觀察嚴謹成就高鐵明星作為高速動車組中的“明星”，CRH380A系列與CRH380B系列作為中國南車(601766,股吧)與北車兩大巨頭的拳頭產品，堪稱為一時瑜亮。這兩個系列的高速動車組設計時速380公裡。這一系列的動車組也是中國研發的具有完全自主知識產權的新一代高速動車組，是目前世界上運營速度最快、科技含量最高、技術最先進的高速列車。不過，從目前的情況來看，這絕不是中國高速動車組技術發展的終點。在南車四方的高速列車系統集成國傢工程實驗室裡，一列銀灰色的列車格外顯眼，正是這列500公裡試驗列車在滾動試驗臺創造瞭國內實驗室的最高速度：605公裡/小時，再次給出瞭中國高鐵時代繼續提速的可能。“運營的安全至關重要。不過，技術的創新不能中斷，我們會繼續努力嘗試。”一位技術人員向記者表示，早在2007年4月3日，法國TGV就在線路上創造574.8公裡/小時試驗最高速度，這代表的是整個裝備制造業的實力與夢想。而在這一份夢想中，嚴謹的精益制造理念仍堪稱“不二法門”，而在高速動車組這一現代工業的集大成產品身上，可以說是將這種嚴謹發揮到瞭極致。同樣的故事說瞭無數遍，但還是總被北車人談起。在動車建造過程中，有一項工藝看似微不足道，但卻掌握著高速動車的“生死命門”，那就是車體焊接技術。CRH380B的車體使用的是特殊的鋁制合金，它可以讓動車更輕、更堅固，外形更完美，但必須保證零缺陷，正是在這一領域，誕生瞭國際上唯一取得國際焊接教練資格的女教師—中國北車的孫斌斌。最讓她記憶深刻的是，當年在德國，她與德國焊接教練的一次比賽。“在各自焊接完成後，大傢都稱贊我焊接得特別"漂亮"。但當把焊接部分切割開後，才發現教練焊接的部分雪白雪白，一點問題都沒有，但我的有一條黑線，這意味著沒有完全融合，是特別大的技術缺陷，我當時就明白瞭，焊接除瞭講究外表漂亮，更重要的還是內部質量，這種嚴謹的制造態度也許比技能更重要。”南方日報記者 鐘嘯見習記者 郭傢軒策劃統籌：殷劍鋒
新聞來源http://高雄杉林汽車貸款news.hexun.com/2014-01-18/161540355.html
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